Avstandsstykker av aluminiumoksid brukes i en rekke bransjer

Avstandsstykker av aluminiumoksid er laget av keramikk av høy kvalitet. Disse sterke, men sprø avstandsstykkene tåler temperaturer på opptil 1400F uten å sprekke. Korrosjonsbestandighet og varmeledningsevne er utmerkede egenskaper – disse egenskapene gjør avstandsstykker av aluminiumoksid nyttige i en rekke industrielle anvendelser der det stilles krav til presise lengdemålinger. De kan til og med bores, slipes eller freses ned med høy presisjon.

Høy styrke

Keramiske avstandsstykker er mye brukt i ulike bransjer på grunn av sine utmerkede mekaniske egenskaper og varmebestandighet. De gir en balansert kombinasjon av styrke og fleksibilitet, noe som gjør dem egnet for bruksområder der komponenter må komprimeres eller utvides samtidig. Dessuten er disse holdbare avstandsstykkene konstruert for langvarig holdbarhet under ekstreme temperaturer, i kjemiske miljøer eller under tøffe forhold – og ikke minst er de svært kostnadseffektive!

Aluminiumoksid er et ekstremt sterkt materiale med et svært høyt styrke-vekt-forhold, og brukes ofte i anvendelser som krever høy slitestyrke, for eksempel belegg, keramiske tetninger og lagre. Aluminiumoksid tåler svært høye temperaturer og kan samtidig enkelt bearbeides til presise dimensjoner for bruk i lagre eller belegg; i tillegg er det motstandsdyktig mot både korrosjon og oksidasjon.

Aluminiumets styrke gjør det også til et utmerket materiale for produksjon av avstandsstykker, en uunnværlig komponent i elektronikkindustrien. Disse små, runde gjenstandene har til formål å hindre at to komponenter kommer i kontakt med hverandre under montering – noe som er spesielt viktig i høyteknologiske anvendelser der det føres elektrisk strøm gjennom dem; enhver kontakt kan føre til skade og redusert ytelse.

Isolasjonsegenskapene til avstandsstykker av aluminiumoksid gjør dem uvurderlige ved utforming av energikonverteringsenheter som termiske omformere. Avstanden på under 10 mm mellom plane elektrodeflater ved høye temperaturer gjør disse materialene ideelle, men det er fortsatt en utfordring å finne materialer som kan fylle disse mellomrommene uten å forårsake uønsket varmestrømning.

Nylig utviklet forskere ved University of Pennsylvania avstandsstykker av aluminiumoksid som både sikrer effektiv avstand mellom lagene og varmeisolasjon. Deres ALD-avstandsstykker av aluminiumoksid hadde en effektiv varmeledningsevne på 5 milliwatt per kvadratmeter per kelvin – noe som er betydelig lavere enn for isolasjonsprodukter av aerogel. Videre tålte de store kompresjonsbelastninger utenfor planet uten å sprekke under belastningen.

Avstandsstykker i aluminiumoksid er en vanlig modifikasjon blant mange Lamborghini Huracan-eiere, da de bidrar til å utvide bilens sporvidde og gir den et mer markant utseende. De er laget av høyfast aluminium med strenge toleranser for å garantere overlegen styrke og holdbarhet – de tåler selv de tøffeste kjøreforholdene og motstår slitasje uten at det går ut over integriteten.

Motstandsdyktighet mot høye temperaturer

Keramikk, som vanligvis består av aluminiumoksid (Al₂O₃), har utmerkede egenskaper når det gjelder elektrisk motstand, slitestyrke, korrosjonsbestandighet og motstand mot høye temperaturer. Keramikk kan brukes trygt ved temperaturer opp til 1500 °C og tåler samtidig betydelig mekanisk belastning uten å gå i stykker, og blir derfor i stadig større grad brukt som høytemperaturisolatorer og elektriske komponenter i ulike anvendelser.

I termoioniske energikonvertere kan enhetens virkningsgrad forbedres ved å opprettholde små avstander mellom elektrodene. En praktisk måte å oppnå dette på er ved hjelp av termisk isolerende avstandsstykker; slike materialer medfører imidlertid ofte betydelige trykkbelastninger og krever stor tykkelse for å gi strukturell støtte. Forfatterne har utviklet et alternativt avstandsstykke bestående av aluminiumoksid som er tynt, men likevel sterkt og varmeisolerende; det er utformet for å opprettholde en stabil avstand på 3–8 mm mellom plane underlag, samtidig som det tåler trykkbelastninger på opptil 0,4–4 MPa og har en effektiv varmeledningsevne som er lavere enn aerogelers.

Aluminiumoksid-avstandsstykker ble fremstilt på silisiumformer ved å utføre isotropisk etsing av overflaten med XeF₂-damp og deretter avsette et lag på 1–2 mikrometer med aluminiumoksid, før det ble utført mekaniske tester på en materialprøvingsmaskin for å karakterisere dem og vise at de kunne tåle trykkreiser på opptil 1 MPa uten vesentlig skade, samtidig som de viste utmerket kompresjonsmotstand utenfor planet – noe som betyr at de kan motstå termiske ekspansjonsspenninger på opptil 1% uten å svikte.

Disse resultatene viser at en keramisk kompositt av aluminiumoksid og zirkoniumoksid (ZTA) har enestående egenskaper når det gjelder styrke, stivhet, duktilitet og varmeisolasjon. Siden dette materialet tåler store trykkbelastninger samtidig som det har overlegen kompresjonsmotstand utenfor planet og lav varmeledningsevne, er det en utmerket løsning for mange bruksområder som krever denne kombinasjonen av egenskaper. Slike enheter kan omfatte termoelektriske energiomformere, slitesterke komponenter og høytytende elektriske enheter som sensorer og aktuatorer. Keramikk av aluminiumoksid og zirkoniumoksid er godt egnet til disse anvendelsene på grunn av kombinasjonen av aluminiumoksidets overlegne mekaniske og elektriske egenskaper med zirkoniumoksidets kjemiske motstand, bearbeidbarhet, slitestyrke og lave erosjonsnivåer.

Høy korrosjonsbestandighet

Avstandsstykker i aluminium er lette og korrosjonsbestandige, noe som gjør dem perfekte for mange bruksområder. Spesielt bidrar deres svært gode isolasjonsegenskaper til å forhindre varmetap mellom ulike overflater – noe som er spesielt nyttig i elektriske kjøretøy, der positive og negative elektroder ellers kan komme i kontakt med hverandre og forårsake kortslutning som skader batteriene eller reduserer kjøretøyets ytelse. Avstandsstykker forhindrer denne kortslutningen ved å holde positive og negative elektroder adskilt – og beskytter dermed både batteriene og kjøretøyets ytelse.

Det globale markedet for aluminiumsavstandsstykker kan deles inn i segmenter etter type, sluttbruk og region. Markedssegmentene for bøybare og ikke-bøybare aluminiumsavstandsstykker forventes å oppleve den raskeste sammensatte årlige veksten på grunn av lavere kostnader og allsidighet; på den annen side vil ikke-bøybare avstandsstykker oppleve kostbare prisøkninger på grunn av økte isolasjonsegenskaper som hemmer veksten sammenlignet med bøybare avstandsstykker. Til slutt deles aluminiumsavstandsstykker videre etter sluttbruk inn i transport, bygningskonstruksjon, bruk i maskiner og utstyr eller annet basert på sluttbruk, noe som gir ytterligere muligheter når det gjelder sluttbruk: transport kontra maskiner og utstyr

Avstandsstykker i aluminium har mange bruksområder innen ulike felt. Mekaniske innretninger som opererer ved høye temperaturer drar nytte av bruken av avstandsstykker i aluminium for å redusere friksjon og vibrasjon mellom tilstøtende overflater, mens de også brukes som elektriske isolatorer i elektriske kjøretøy for å hindre at positive og negative batteripoler kommer i kontakt med hverandre og forårsaker kortslutninger.

Avstandsstykker av metall kan også bidra til å forhindre galvanisk korrosjon mellom ulike metaller. Som en test viste, ble det påvist at et avstandsstykke av aluminium plassert mellom komponenter av stål og magnesium for å redusere galvanisk korrosjon, hadde lavere korrosjonspotensial enn dets motstykke i stål, og dermed minimerte toppstrømmen ved galvaniske overganger.

Avstandsstykker i aluminium er naturlig korrosjonsbestandige og tåler selv ekstreme miljøforhold, i tillegg til at de er kjemisk stabile – noe som gjør dem til et utmerket valg for industriprodukter som krever slitestyrke og høy termisk stabilitet. Videre er disse avstandsstykkene uoppløselige i vann, mens de kun er svakt oppløselige i sure og alkaliske løsninger.

Høy varmeledningsevne

Mange energikonverteringsenheter benytter isolerende mikrostrukturer for å skille elektroder fra hverandre, med sikte på å redusere parasittisk varmestrøm og maksimere virkningsgraden, for dermed å minimere parasittisk varmestrøm og optimalisere virkningsgraden. Tidligere tilnærminger var avhengige av spredte eller små mikrostrukturer som ikke var i stand til å tåle betydelige kompresjonsspenninger på grunn av bøyning eller overflateruhet i enhetens ustøttede midtparti³⁰; nyere forskning har imidlertid vist at avstandsstykker av aluminiumoksid effektivt kan isolere og støtte store mellomrom på mikronnivå som finnes i termoioniske og termofotovoltaiske enheter³¹.

De oppnår en varmeledningsevne i vakuum på bare 5 mikrowatt per meter K⁻¹, noe som er langt lavere enn for aerogeler, samtidig som de er robuste nok til å tåle kompresjonsspenninger og monteres direkte inn i en elektrode, der de gir både isolasjon og den støtten som kreves for høytytende energikonverteringsenheter. Disse resultatene viser hvordan avstandsstykker av aluminiumoksid kan fremstilles direkte til elektroder for høytytende energikonverteringsenheter.

Alumina er et naturlig aluminiumoksid med den kjemiske formelen Al³⁺ og O²⁻. Det har høye smeltepunkter, høy hardhet og god motstandsdyktighet mot angrep fra sterke uorganiske syrer, som ortofosforsyre eller fluorvannsyre.

Disse egenskapene gjør aluminiumoksid til et ideelt materiale for bruk i høyytelsesapplikasjoner, blant annet innen kraftproduksjon og kjernekraftproduksjon. I tillegg beskytter materialets holdbarhet det mot skader forårsaket av støt, korrosjon eller kjemisk påvirkning.

På grunn av denne egenskapen brukes titanlegeringer ofte i reguleringsstaver i atomkraftverk og andre tekniske komponenter som krever ekstrem holdbarhet, blant annet proteseledd som kan utsettes for omfattende slitasje. Det er også et utmerket materialvalg for komponenter i kneproteser som utsettes for hyppig slitasje.

Aluminiumoksidkeramikkens fuktbarhet og hardhet gjør den til det ideelle materialet for medisinske implantater, som for eksempel hofteproteser, kneledd og ryggradsskiver. Materialets motstandsdyktighet mot tøffe miljøer, inkludert høye temperaturer og kjemisk eksponering, bidrar til å sikre at det fortsetter å fungere selv under vanskelige forhold.

«Warm edge»-avstandsstykker reduserer varmeledningsevnen ved kantene på isolerglassvinduer for å forbedre isolasjonsevnen og spare energi, noe som bidrar til å bevare ressursene. Vistazas Swisspacer ULTIMATE har en eksepsjonelt lav varmeledningsevne på bare 1 mW/m·K, noe som reduserer U-verdiene og energiforbruket betydelig i vinduer og fasader. I tillegg forhindrer den kondens og muggvekst ved vinduskantene, noe som bidrar til et sunnere inneklima.